短距离的集合预报英文文献的中文翻译

短距离的集合预报和初始条件

2002年1月6-7日东北雪灾

Billy Bua

2001/02冬天，美国东北部的雪来之不易。然而，在2002年1月6日-7日宾夕法尼亚州中部遇到了比原先预计显著增多的雪。图1显示了从俄亥俄州东部到新英格兰西南部地区的降雪量。请注意10 英寸和更大的积雪会从弗吉尼亚州西北部斜穿宾夕法尼亚州中部进入和超越中东部的纽约。局部地区会有超过一英尺的积雪。这场风暴还因为在很短的时间内阵阵大雪而闻名，暴雪以每小时2-3英寸的降雪率尺度通过宾夕法尼亚州中部的西弗吉尼亚州和相邻的马里兰州狭长地带。

图1.风暴的降雪量（英寸）2002年1月6-7

蓝色和红色的轮廓分别显示4-10

由于此事件的尺度性质，业务数值天气预报（NWP）模型预测难以预测产生宾夕法尼亚中部大雪的气旋。一般来讲，预测风暴轨迹和强降水是更远的南部和东部比核查和雨水的形式，而不是雪。即使在今天上午的事件，在6月1日0600UTC环境预报（NCEP）的全球预报系统（GFS）的国家中心从2002年的预测指导如图2表示，虽然降雪量可能在宾夕法尼亚州中部，降水预报表明，在大多数的咨询标准降雪（至少3个，但低于5-6英寸的积雪在12小时内）会发生。鉴于历史性GFS在寒冷季节的冷/湿偏差，预报可能进一步的偏离预测。预测风暴轨迹也是在冬季大风雪的气候的最佳位置的南部和东部。

ETA-12从0600 UTC甚至更轻，其超过宾夕法尼亚州中部的降水，但它的风暴路径稍偏西（图3）。事实上，降水量最小被预测出现在2002年1月7日之前6小时以上的宾夕法尼亚州中部。有趣的是，强烈的中尺度降水带后，0000 UTC1月7日预测，到发展中的ETA-12从宾夕法尼亚州东北部进入纽约州东南部内部，在0000和0600 UTC2002年1月7日之间的6小时内，比GFS最大值在稍远的北部和西部。

一个新的预测工具，短程集合预报（SREF），也可在2001/02年度冬季的首次预测。SREF 系统，从9时至2100 UTC的初始条件下运行，扰动在两个区域预测模型的初始条件，区域谱模式（RSM）和SREF-ETA模型（均在48公里或同等水平分辨率，或比业务ETA-12粗约4倍），创建了10个可能的预测结果的集成。集成成员扰动估计的范围内，在初始条件的不确定性下，SREF是最敏感的。当业务预报表示不确定性时，SREF可以是特别有用，因

为一系列的大气可能演变，而不是单一的确定性预报。

图2。GFS 0600 UTC62002年1月海平面气压（左）和6小时降水预报未来6小时（右），有效期1800 UTC1月6日（顶部）和0000 UTC，2002年1月7日的（底部）。GFS雨雪线是红色表示。降水量由右侧彩条上的阴影表示。

在这种情况下，10名成员组成的SREF已表明在运行基本上没有机会导致0900 UTC 1月6日在北部大西洋沿岸中部发生一个显着的冬季风暴，。SREF指导从0900 UTC2002年1月6日预测显示在图4的左上角面板。包括风暴在1800位置，从每一个集合成员UTC1月6日和0000 UTC，2002年1月7日，“面条'图0.4中。在轮廓6小时累计降水量0600 UTC2002年1月7日结束。三个系统成员预测，在冬季暴风雪降雪量标准下12小时降水将超过阈值（在12:1-15:1比例）（在12小时以上，南部和北部的宾夕法尼亚州分别有超过5-6英寸的积雪）。从这些集合成员预测关键的12小时降水和风暴的轨道，在其他三个面板图所示。我们添加了一个沉重的红色轮廓包围点，预计将在4或5倍多，从1月6日1800 UTC至0600 UTC1月7日（即80％的概率，所有雪（使用鲍德温降水算法）集合成员超过12小时的间隔雪）。我们注意到，只有一个系统的成员（RSMS之一）显示重叠的关键12小时液体相当于雪。RSM 的物理参数与AVN/MRF（现在是GFS）的旧版本相同。GFS和历史上的早期版本有一个寒冷和潮湿的偏差，已普遍被归结为物理模型。了解这些信息，预报员可以减轻对系统成员的权重。

图3.在2002年1月6日0600 UTC ETA-12 NWP模式运行

那么，是什么原因导致在州立大学NCEP业务预报和SREF合成未能正确预测实际结果？从业务预报运行中出现的不一致通常表示对初始条件的高度敏感性，SREF系统是专门用来通过其初始条件扰动，对付这种敏感性的。然而，一个成功的集合预报的要求是把全方位的初始条件的不确定性都纳入运行中。在这种情况下，SREF系统的初始条件包含足够的

范围了吗？

图4.从集成SREF图形运行0900 UTC2002年1月6日：（左上）低压中心的位置和表面压力在1800 UTC1月6日2002年和0000和0600 UTC2002年1月7日的，和集成成员面条地块1月6日1800 UTC0600 UTC1月7日降水量超过0.4英寸（粗略的冬季风暴警报标准的水当量）。宾夕法尼亚州立大学CWA，WFO粗略概述。（右上，左下，右下）三个降雨量最多的乐团从0900 UTC2002年1月6日SREF成员。在这里，12小时降

水量是灰色的（如彩条的数额），黑色标记的立场和低气压（hPa），雪整整12Ĥ以红色显示的概率大于或

等于80％的点（见文本），预计超过PA线路的北部和西部的雪。

图5显示了500百帕的探空观测，3小时预报（初始条件的代理）与图4相同的SREF集合成员从2002年0900 UTC1月6日集成。3小时预报显示最适合于探空观测的情况不是巧合。这些预测也比任何从1月5日以前SREF的运行的结果好的多。然而，即使在这些运行中，短波仍然可以说是过于虚弱，过于渐进，这告诉我们SREF初始条件没有得到充分的捕获。其他集成成员（未显示）描绘了一个更弱的短波槽，低轨道向更远的东方，预报宾夕法尼亚州中部降水比最好的三个集合预报少。

图5.比较三个最好验证集成成员（右上角，低板）探空3小时的500hPa高度和风力观测，预报检验时间1200 UTC2002年1月6日。高度以米为单位，风以米/秒为单位，与通常的惯例一致。为清楚起见，左上方面板单独显示观测结果，突出的方块显示3小时预报和观测之间最大的区别。这些扰动的预测也可很好的描绘6-72002年1月在美国东北部暴风雪导致的强的短波槽。

在SREFs是否有其他的对可能遇到的麻烦的提示？图6显示了从0015 UTC2002年1月6日的水汽图像。注意在墨西哥湾附近的大幅定义低谷的基地干槽活跃的对流;一个数据采样不佳的地区和区域大气正在通过对流加热快速变化的地方。从这个对流区的空气被夹带进入在美国中南部系统。在这种情况下，可以预料到的将导致的问题将在随后的分析中列出：

1. NWP模式将依赖对流模型适当修改因为数据采样较少的大气。

2. NWP模式通常不善于预测对流的时间和地点;

3. NWP模式只是粗略模拟实际大气对流（风，湿度，温度）的影响，即使在正确的位置，

并在正确的时间触发对流参数化;

4. 数值预报资料同化系统假设短期预报模型是一个很好的分析猜测，从该分析，该模型的

初始条件预测得到。

从这个案例我们可以得出什么教训呢？首先，重要的是要记住，初始条件误差可以损害集合预报正如损害个人业务预报，如果结果是集成系统不能充分反映整个集合预报系统是基于初始条件的不确定性。这里的情况是，当预报对初始条件比平时更敏感时，初始条件是特别重要的。